心肌细胞负责产生收缩力，将血液泵送到全身，对机械力非常敏感，可以启动机械电耦合和机械化学转导。通过工程化三维(3D)培养模型构建心脏组织和记录心肌细胞的电信号方面已取得了显著进展。然而，实时获取心肌细胞机械传导中的瞬态生化信息仍然是一个严峻的挑战。 武汉大学黄卫华和刘艳玲 开发了一个用于心肌细胞培养、电刺激和电化学监测的3D可拉伸传感水凝胶集成平台。该平台不仅可以模拟体内心肌细胞的天然3D微环境，而且通过嵌入的3D电极的电刺激促进心肌细胞的排列和定向。此外，通过拉伸集成平台，在生理和病理条件下成功监测了机械拉伸诱导的心肌细胞释放的H2 O2 ，使得二甲双胍能够在高血压和糖尿病心肌病状态下对心肌细胞进行疗效评估。相关工作以“Three-Dimensional
Stretchable Sensor-Hydrogel Integrated Platform for Cardiomyocyte Culture and
Mechanotransduction Monitoring ”为题发表在国际著名期刊Analytical
Chemistry 要点1. 作者使用弹性三维(3D)聚二甲基硅氧烷(PDMS)多孔支架作为基材，然后均匀涂覆增塑剂和催化剂共官能化的PEDOT:PSS(PPLC)，这赋予了可拉伸支架优异的导电性、电催化性能和在机械变形下稳定的电化学传感性能。 要点2. 作者进一步将包封有大鼠原代心肌细胞的胶原水凝胶灌注到所制备的3D可拉伸传感器的间隙中，形成用于3D心肌细胞培养和实时机械化学转导(MCT)监测的集成平台。 要点3. 该集成平台不仅可以模拟体内心肌细胞的天然3D微环境，而且可以通过嵌入的3D电极的电刺激促进心肌细胞的排列和定向。此外，在生理和病理条件下成功监测机械拉伸诱导的心肌细胞释放的H2 O2 ，使得二甲双胍能够在高血压和糖尿病心肌病状态下对心肌细胞进行疗效评估。 图1.3D可拉伸传感器水凝胶集成平台的制造和在施加拉伸负载时监测心肌细胞的示意图。 图2.（A）3D PPLC/PDMS电极的SEM。（B）(I)PDMS支架、(II)PPLC/PDMS支架和(III)PPLC/PCMS支架横截面的高倍SEM。（C）3D PPLC/PDMS电极的SEM和相应的EDX元素图像。（D）3D
PPLC/PDMS电极水凝胶集成平台的SEM。（E）3D集成平台的压缩应力-应变曲线，插图：杨氏模量。（F）胶原水凝胶填充前后的3D PPLC/PDMS电极的CV。 图3.（A）3D可拉伸传感器水凝胶集成平台变形的照片。（B）3D集成平台在10 mM K3 [Fe(CN)6 ]中，获得的在不同张力状态和以不同半径弯曲后的CV响应的统计结果。（C）PPLC/PDMS电极在与水凝胶结合之前和之后对2 mM H2 O2 的CV。（D）3D集成平台在2 mM H2 O2 中的CV响应。3D集成平台在+0.55 V vs
Ag/AgCl条件下，随着H2 O2 浓度的增加的（E）安培响应和（F）对应校准曲线。 图4.（A）在集成平台中培养48小时的心肌细胞，钙蛋白AM(绿色)和PI(红色)染色后的共焦显微镜图像的3D重建。插图：z平面横截面上的共焦显微镜图像。（B）在平台中培养48小时的心肌细胞中Cx-43(绿色)的免疫荧光染色。（C）在平台中培养48小时的肌细胞的SEM。（D）三种不同电刺激方案的示意图。（E）三种不同方案中心肌细胞的荧光图像，钙蛋白AM(绿色)和PI(红色)标记。（F）三种不同方案中心肌细胞的Cx-43(绿色)的免疫荧光染色。（G）定量分析三种不同电刺激方案中心肌细胞的方位角。取向角(θ)定义为细胞轴方向与电场方向的偏差。 图5.（A）Met阻止MS和HG诱导ROS释放的分子途径示意图。（B）在拉伸前后，在用Calcein AM(绿色)和PI(红色)染色的集成平台上培养的心肌细胞的荧光图像。（C）正常葡萄糖和（D）高糖环境中(施加电位：+0.55 V
vs Ag/AgCl)，不同拉伸振幅的心肌细胞中检测到的安培响应。不同处理的(E)10%菌株和(F)20%菌株心肌细胞H2 O2 释放的定量统计。ns：无显著性，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。 Three-Dimensional Stretchable
Sensor-Hydrogel Integrated Platform for Cardiomyocyte Culture and
Mechanotransduction Monitoring Ming Chen, Yu Qin, Wen-Ting Fan, Jing Yan, Feng
Hong, Wei-Hua Huang,* Yan-Ling Liu* DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02151
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